O documento discute a arquitetura de barramentos em sistemas de computadores, incluindo hierarquia de barramentos, tipos de barramentos, métodos de arbitragem e temporização. Explica como os múltiplos níveis de memória cache e barramentos melhoram o desempenho do sistema.

1. Arquitetura de Computadores
Professor: Sérgio Vieira
Email: sergiosvieira.fatene@gmail.com
Data: 29-10-2012
Aula: Barramentos (Continuação) e Memória Interna
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2. Hierarquia de múltiplos barramentos
O desempenho do sistema pode ser prejudicado quando o número de
dispositivos conectados a um barramento seja muito grande.
A principais causas são:
1. Quanto o controle do barramento passa muitas vezes de um dispositivo para
outro, esses atrasos podem afetar seriamente o desempenho do sistema.
2. O barramento pode se tornar um gargalo do sistema quanto a demanda
agregada por transferência de dados se aproxima da capacidade do barramento.
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3. Hierarquia de múltiplos barramentos
(cont.)
Grande parte dos sistemas de computação utiliza múltiplos barramentos,
geralmente dispostos de maneira hierárquica.
Um barramento local conecta o processador a uma memória cache.
O controlador da memória cache conecta a memória cache não apenas a esse
barramento local, mas também a um barramento do sistema, ao qual são
conectador os módulos da memória principal.
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4. Hierarquia de múltiplos barramentos
(cont.)
O uso de uma estrutura de memória cache evita que o processador tenha de
acessar frequentemente a memória principal.
A memória principal pode ser conectada apenas ao barramento do sistema, não
precisando ser conectada ao barramento local.
As transferências de dados entre os componentes de E/S e a memória principal
por meio do barramento do sistema não interferem na atividade do processador.
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5. Hierarquia de múltiplos barramentos
(cont.)
Uma interface de expansão de barramentos serve como área de armazenamento
temporário dos dados transferidos entre o barramento do sistema e os
controladores de E/S conectados ao barramento de expansão.
Esse arranjo permite ao sistema conectar uma grande variedade de dispositivos
de E/S e, ao mesmo tempo, isolar o tráfego entre o processador e a memória do
tráfego de E/S.
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6. Tipos de barramento
As linhas de um barramento podem ser classificadas em dois tipos:
1. Dedicadas
2. Multiplexadas
Uma linha de barramento dedicada tem um função fixa.
A utilização de linhas distintas para os dados e endereços, constitui um exemplo
de utilização de linhas com função dedicada.
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7. Tipos de barramento (cont.)
Já uma linha de barramento multiplexado desempenha várias funções na mesma
linha de dados.
No início de uma transferência de dados, o endereço é colocado no barramento.
Cada módulo do sistema tem um determinado período de tempo para copiar o
endereço e determinar se os dados são a ele endereçado.
O endereço é então removido do barramento e as memas linhas são usadas
para a subsequente transferência de dados (leitura ou escrita)
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8. Tipos de barramento (cont.)
A vantagem do barramento dedicado é uma alta taxa de transferência de dados.
A desvantagem é o aumento do tamanho e do custo do sistema.
A vantagem do barramento multiplexado é a economia de espaço e custo do
sistema. A desvantagem é que cada módulo do sistema necessita de circuitos
mais complexo e que o desempenho do sistema acaba diminuindo.
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9. Métodos de arbitração
Como apenas uma unidade pode realizar uma transmissão por meio do
barramento de cada vez, é necessário utilizar algum método de arbitração.
Os vários métodos podem ser classificados como centralizados ou distribuídos.
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10. Métodos de arbitração (cont.)
Em um esquema centralizado, um único dispositivo de hardware, conhecido
como controlador de barramento ou árbitro, é responsável por alocar tempo de
utilização do barramento a cada módulo do sistema.
Esse dispositivo pode constituir um módulo separado ou fazer parte do
processador.
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11. Métodos de arbitração (cont.)
Em um esquema distribuído, não existe um controlador central.
Cada módulo do sistema contém uma lógica de controle de acesso e os módulos
agem de forma conjunta para compartilhar o barramento.
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12. Temporização (cont.)
A temporização de um barramento refere-se ao modo pelo qual os eventos nesse
barramento são coordenados.
Em um esquema de transmissão síncrona, a ocorrência de eventos é
determinada por um relógio.
O barramento inclui uma linha de relógio, por meio da qual um relógio transmite
uma sequência alternada de 1s e 0s de igual duração.
Uma transmissão de um 1 e de um 0 é denominada ciclo de relógio ou ciclo de
barramento e define um intervalo de tempo.
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13. Temporização (cont.)
Todos os dispositivos conectados ao barramento podem ler a linha de relógio e
todos os eventos no barramento devem começar no início de um ciclo de relógio.
Em um esquema de transmissão assíncrona, a ocorrência de um evento no
barramento depende de um evento ocorrido anteriormente.
O esquema síncrono é mais simples de implementar e testar, mas é menos
flexível do que o assíncrono.
Em um esquema síncrono, como todos os dispositivos devem operar segundo a
velocidade fica do relógio, o sistema não pode tirar proveito do maior
desempenho de alguns dispositivos.
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14. Largura do barramento
A largura do barramento de dados tem impacto sobre o desempenho do sistema:
quanto maior a largura do barramento de dados, maior o número de bits
transferidos de cada vez.
A largura do barramento de endereço tem impacto sobre a capacidade do
sistema: quanto maior a largura do barramento de endereço, maior o número de
posições de memória que podem ser endereçadas.
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15. Visão geral do sistema de memória de
computadores
Os sistemas de memória de computadores são classificados de acordo com suas
características fundamentais.
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16. 1. Localização
2. Capacidade
3. Unidade de Transferência
4. Método de Acesso
5. Desempenho
6. Tecnologia
7. Características Físicas
8. Organização
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17. Visão geral do sistema de memória de
computadores (cont.)
Conceitos:
1. Palavra: unidade "natural" de organização da memória. O tamanho de uma
palavra é tipicamente igual ao número de bits para representar um número
inteiro.
2. Unidade endereçável: em muitos sistemas é igual a palavra. A relação entre o
tamanho em bits A de um endereço e o número de unidades endereçáveis N é
2^A = N.
3. Unidade de transferência: a unidade de transferência de dados da memória
principal é o número de bits que podem ser lidos ou escritos de cada vez.
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18. Características Importantes
Tempo de acesso: em uma memória de acesso aleatório, esse é o tempo gasto
para efetuar uma operação de leitura ou de escrita.
Taxa de transferência: é a taxa na qual os dados podem ser transferidos de ou
para a unidade de memória.
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